嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò )編程之：實(shí)驗內容——NTP協(xié)議實(shí)現

10.4實(shí)驗內容——NTP協(xié)議實(shí)現

1．實(shí)驗目的

通過(guò)實(shí)現NTP協(xié)議的練習，進(jìn)一步掌握Linux網(wǎng)絡(luò )編程，并且提高協(xié)議的分析與實(shí)現能力，為參與完成綜合性項目打下良好的基礎。

2．實(shí)驗內容

NetworkTimeProtocol（NTP）協(xié)議是用來(lái)使計算機時(shí)間同步化的一種協(xié)議，它可以使計算機對其服務(wù)器或時(shí)鐘源（如石英鐘，GPS等）做同步化，它可以提供高精確度的時(shí)間校正（LAN上與標準時(shí)間差小于1毫秒，WAN上幾十毫秒），且可用加密確認的方式來(lái)防止惡毒的協(xié)議攻擊。

NTP提供準確時(shí)間，首先要有準確的時(shí)間來(lái)源，這一時(shí)間應該是國際標準時(shí)間UTC。NTP獲得UTC的時(shí)間來(lái)源可以是原子鐘、天文臺、衛星，也可以從Internet上獲取。這樣就有了準確而可靠的時(shí)間源。時(shí)間是按NTP服務(wù)器的等級傳播。按照距離外部UTC源的遠近將所有服務(wù)器歸入不同的Stratun（層）中。Stratum-1在頂層，有外部UTC接入，而Stratum-2則從Stratum-1獲取時(shí)間，Stratum-3從Stratum-2獲取時(shí)間，以此類(lèi)推，但Stratum層的總數限制在15以?xún)?。所有這些服務(wù)器在邏輯上形成階梯式的架構并相互連接，而Stratum-1的時(shí)間服務(wù)器是整個(gè)系統的基礎。

進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )協(xié)議實(shí)現時(shí)最重要的是了解協(xié)議數據格式。NTP數據包有48個(gè)字節，其中NTP包頭16字節，時(shí)間戳32個(gè)字節。其協(xié)議格式如圖10.9所示。

圖10.9NTP協(xié)議數據格式

其協(xié)議字段的含義如下所示。

n LI：跳躍指示器，警告在當月最后一天的最終時(shí)刻插入的迫近閨秒（閨秒）。

n VN：版本號。

n Mode：工作模式。該字段包括以下值：0－預留；1－對稱(chēng)行為；3－客戶(hù)機；4－服務(wù)器；5－廣播；6－NTP控制信息。NTP協(xié)議具有3種工作模式，分別為主/被動(dòng)對稱(chēng)模式、客戶(hù)/服務(wù)器模式、廣播模式。在主/被動(dòng)對稱(chēng)模式中，有一對一的連接，雙方均可同步對方或被對方同步，先發(fā)出申請建立連接的一方工作在主動(dòng)模式下，另一方工作在被動(dòng)模式下；客戶(hù)/服務(wù)器模式與主/被動(dòng)模式基本相同，惟一區別在于客戶(hù)方可被服務(wù)器同步，但服務(wù)器不能被客戶(hù)同步；在廣播模式中，有一對多的連接，服務(wù)器不論客戶(hù)工作在何種模式下，都會(huì )主動(dòng)發(fā)出時(shí)間信息，客戶(hù)根據此信息調整自己的時(shí)間。

n Stratum：對本地時(shí)鐘級別的整體識別。

n Poll：有符號整數表示連續信息間的最大間隔。

n Precision：有符號整數表示本地時(shí)鐘精確度。

n RootDelay：表示到達主參考源的一次往復的總延遲，它是有15～16位小數部分的符號定點(diǎn)小數。

n RootDispersion：表示一次到達主參考源的標準誤差，它是有15～16位小數部分的無(wú)符號定點(diǎn)小數。

n ReferenceIdentifier：識別特殊參考源。

n OriginateTimestamp：這是向服務(wù)器請求分離客戶(hù)機的時(shí)間，采用64位時(shí)標格式。

n ReceiveTimestamp：這是向服務(wù)器請求到達客戶(hù)機的時(shí)間，采用64位時(shí)標格式。

n TransmitTimestamp：這是向客戶(hù)機答復分離服務(wù)器的時(shí)間，采用64位時(shí)標格式。

n Authenticator（Optional）：當實(shí)現了NTP認證模式時(shí)，主要標識符和信息數字域就包括已定義的信息認證代碼（MAC）信息。

由于NTP協(xié)議中涉及比較多的時(shí)間相關(guān)的操作，為了簡(jiǎn)化實(shí)現過(guò)程，在本實(shí)驗中，僅要求實(shí)現NTP協(xié)議客戶(hù)端部分的網(wǎng)絡(luò )通信模塊，也就是構造NTP協(xié)議字段進(jìn)行發(fā)送和接收，最后與時(shí)間相關(guān)的操作不需進(jìn)行處理。NTP協(xié)議是作為OSI參考模型的高層協(xié)議比較適合采用UDP傳輸協(xié)議進(jìn)行數據傳輸，專(zhuān)用端口號為123。在實(shí)驗中，以國家授時(shí)中心服務(wù)器（IP地址為202.72.145.44）作為NTP（網(wǎng)絡(luò )時(shí)間）服務(wù)器。

3．實(shí)驗步驟

（1）畫(huà)出流程圖。

簡(jiǎn)易NTP客戶(hù)端的實(shí)現流程如圖10.10所示。

圖10.10簡(jiǎn)易NTP客戶(hù)端流程圖